Jubiläumsgeschenk von meteoradar: Archiv von Wetterradarbildern

Demobild Radararchiv

Beispielbild vom 20.6.2013, 18:00 Uhr. Quelle: meteoradar und MeteoSchweiz

meteoradar wurde 1999 als ETH-Spinoff gegründet und wird dieses Jahr 15 jährig! Wir freuen uns, aus diesem Anlass allen Leserinnen und Lesern ein neues Langzeitarchiv von Wetterradarbildern öffentlich und kostenlos zur Verfügung zu stellen. Das Archiv umfasst bis auf wenige Lücken alle Bilder im 5-Minuten Takt ab dem 1.7.2008. Die Daten stammen von den drei Wetterradars Albis, La Dôle und Monte Lema der MeteoSchweiz.

Die Bilddarstellung entspricht dem „Look and Feel“ des alten Bildproduktes „Today National“ der MeteoSchweiz. Diese Karte zeigt nicht nur die Niederschlagsgebiete, sondern zusätzlich zwei Seitenrisse, in welchen die horizontale Projektion der Troposphäre (0-12) km abgebildet wird. Die Farbstufen entsprechen qualitativ den Niederschlagsintensitäten 0-1, 1-3, 3-10, 10-30 und > 30 mm/h. Nebst der Datum/Zeitangabe rechts oben im Bild werden am linken Bildrand drei Buchstaben, „ADL“, eingeblendet. Diese Buchstaben bestätigen, dass alle drei Radars bei der Messung im Betrieb waren. Bei Ausfall eines Gerätes wird der entspr. Buchstabe ausgeblendet.

Zur Bedienung stehen am rechten Bildrand verschiedene Optionen zur Verfügung. Nach der Wahl eines festen Zeipunktes kann, im 5-Minuten- oder im Stundentakt, vorwärts oder rückwärts durch die Bilder geblättert werden. Zudem kann eine Standortkoordinate eingegeben werden, welche dann im Bild mit einem Kreis und einer zusätzlichen Markierung in den Seitenrissen angezeigt wird. Diese Markierung kann auch durch Mausklick im Bild selbst gesetzt werden. Zur Orientierungshilfe wird am rechten Bildrand, beim Bewegen der Maus, die jeweilige CH-Koordinate angezeigt.

Die Radarbilder können durch Klick auf die rechte Maustaste heruntergeladen und lokal gespeichert werden. Die Nutzung des Archivs und der Bilder unterliegt selbstverständlich den Nutzungsregeln für den Gebrauch der meteoradar Produkte. Wir bitten alle User, keinen Missbrauch zu betreiben. Nur so kann dieses einmalige Archiv auf die Dauer angeboten werden.

Wir sind jederzeit dankbar für Rückmeldungen und Verbesserungsvorschläge. Zudem weisen wir darauf hin, dass Sie uns am Samstagnachmittag, 26.4.2014 an unserem „Tag der offenen Tür“ in Aeugst am Albis persönlich zum Archiv und den anderen Produkten und Diensten von meteoradar befragen können. Besuchen Sie uns in Aeugst, unter anderem erwartet Sie eine himmlische Theater-Überraschung!

Link aufs Archiv

Der tote Winkel des Radars La Dôle

Radarkomposit vom 07.02.2014 09:10 Uhr (Donnerradar/Winterradar von metradar.ch, frei zugänglich)

Radarkomposit vom 07.02.2014 09:10 Uhr (Donnerradar/Winterradar von metradar.ch, frei zugänglich)

Besonders in der kalten Jahreszeit fällt er gelegentlich auf: Der Winkel über dem Jura mit geringerer Reflektivität auf dem Radarbild. Am besten sichtbar wird er bei flächigen Niederschlägen mit einer breiten Front ohne stärkere konvektive Einlagerungen. Diese Bedingungen sind im Winterhalbjahr häufiger als im Sommer, daher eignet sich die Wetterlage am 07.02.2014 besonders für eine Dokumentation und Erklärung des Phänomens.

Funktionieren alle Radarstationen des Komposit-Radarbildes, fällt der tote Winkel des Radars La Dôle einzig durch geringere Reflektivität über dem Jura auf. Inmitten eines zusammenhängenden Gebiets mit mässigem Niederschlag wird in einem bestimmten Winkel (im Titelbild rot eingegrenzt) nur schwache Intensität angezeigt. Betroffen ist der grösste Teil des Waadtländer und Neuenburger Juras. Weiter nordöstlich, über dem Berner Jura und über dem Kanton Jura wird der tote Winkel durch die Sichtbarkeit der Radaranlage Albis bei Zürich kompensiert. Fällt das Albis-Radar hingegen bei einer solchen Wetterlage mal aus, wird das eigentliche Ausmass des toten Winkels sichtbar, wie das folgende Beispiel vom 15.05.2013 zeigt:

Radarkomposit bei Ausfall Albis am 15.05.2013 (Archiv Donnerradar von metradar.ch, kostenpflichtig)

Radarkomposit bei Ausfall Albis am 15.05.2013 (Archiv Donnerradar von metradar.ch, kostenpflichtig)

Niederschläge aus tiefen Schichtwolken werden in diesem Bereich überhaupt nicht erfasst, was hauptsächlich ein Problem des Winterhalbjahrs darstellt. Im Sommer entstehen die Niederschläge meist in höheren Bereichen, die vom weiter entfernten Radarstandort Albis wieder erfasst werden können. Die Sichtbarkeit von Schauern und insbesondere Gewittern mit hochreichenden Hageltürmen ist somit nur geringfügig eingeschränkt, allerdings werden auf Radarbilder basierenden Niederschlagssummenkarten nicht die vollen Regenraten erfasst. Da das Bodenmessnetz gerade im betroffenen Bereich Lücken aufweist, kann auch eine auf Bodendaten basierende Korrektur nicht alles ausgleichen.

Doch was ist überhaupt die Ursache dieses toten Winkels und warum kann er nicht einfach behoben werden? Wie das folgende Bild zeigt, ist der Gipfel des La Dôle mit allerlei Technik gespickt:

Wetterstation und Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Wetterstation und Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Im Vordergrund die SwissMetNet-Wetterstation, links der Radom des Niederschlagsradars und rechts der grössere Radom der Flugüberwachung Skyguide. Eine Informationstafel am Skyguide-Gebäude erklärt die verschiedenen Bestandteile der Anlage, wobei der frei stehende dritte Radom ganz links mittlerweile abgebaut wurde:

Informationstafel der Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Informationstafel der Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Der grössere Radom der Flugüberwachung steht nordöstlich des Niederschlagsradars und schattet somit einen Winkel von ungefähr 20° im Bereich Nord-Nordost ab. Der Aufnahmewinkel des folgenden Bildes (Blickrichtung Nordost, vorne Niederschlagsradar, hinten Skyguide-Radar) verdeutlicht die Situation:

Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Radaranlage La Dôle (Quelle: fotometeo.ch, 27.05.2013)

Das Problem könnte dadurch behoben werden, indem der Niederschlagsradar höher gesetzt würde, doch dadurch entstünde ein toter Winkel bei der Flugüberwachung in Richtung Südwest. Was sicherheitstechnisch höhere Priorität hat, ist offensichtlich. Nur die geografisch getrennte Aufstellung der beiden Radaranlagen wie in der Region Zürich (Niederschlagsradar auf dem Albis, Skyguide-Radar auf der Lägern) verhindert die gegenseitige Störung, doch eine solche Lösung ist in der Westschweiz schwierig zu realisieren. Die benachbarten, ähnlich hohen Juragipfel sind kaum erschlossen (Kostenfrage!) und wahrscheinlich wäre hier auch ein Konflikt mit dem Landschaftsschutz vorprogrammiert.

Neue Korrektur des Winterradars

Zoombild Donnerradar/Winterradar mit Anzeige von Nieselregen in der Ostschweiz.

Zoombild Donnerradar/Winterradar mit Anzeige von Nieselregen in der Ostschweiz.

Unser Donnerradar mutiert jeweilen in der kalten Jahreszeit zum Winterradar. Dann wird die Anzeige von Schneefall und Glatteisregen relevant. Diese Anzeige ist seit längerem fest im Produkt Donnerradar/Winterradar integriert und funktioniert in der Regel leidlich gut. Allerdings nur dann, wenn der am Boden auftreffende Niederschlag im Radarbild auch erkannt wird. Genau da hapert es im Winter immer wieder. Der Wetterradar kann den Niederschlag nicht oder ungenügend erkennen, falls dieser von schwacher Intensität ist, bei kalten Temperaturen auftritt oder sich auf niedere Wolkenschichten, knapp über Boden, beschränkt. Weitere Erklärungen dazu finden sich im Blog „Niederschlag und Wetterradar“, welcher im letzten Frühjahr publiziert wurde. In jenem Blog wurde eine neuartige Korrekturtechnik vorgestellt, welche auf das aktuelle Radarbild angewendet werden kann. Bislang war das so korrigierte Radarbild den Kunden des Donnerradar 3D vorbehalten. Ab sofort ist die Korrektur komplett in den folgenden Produkten eingebaut:

– Übersichtsbild Donnerradar/Winterradar auf der Homepage www.metradar.ch
– Zoombilder Donnerradar/Winterradar
– Radarvorhersage meteolocal Übersichtsbild und Zoombilder
– Expressbild Donnerradar 3D

Die vom Radar nicht erkannten Niederschlagsgebiete sind nicht flächendeckend, sondern in einem Raster von regelmässig angeordneten Quadraten eingefärbt, siehe Zoombild zu Beginn des Artikels und das Übersichtsbild am Artikelende. Dieses Raster erscheint nur im aktuellen Radarbild der Loops. Diese zurückhaltende Darstellung wurde gewählt, um die Bildsequenz des Radarniederschlages nicht zu stören. Die Korrektur kann keinesfalls den Anspruch erheben, die räumliche und zeitliche Auflösung der Radarbilder zu erreichen. Aus diesem Grund wurde die Zusatzkorrektur stark in Raum und Zeit geglättet.  Dementsprechend ist die Zusatzkorrektur zu interpretieren: nämlich als eine ungefähre Angabe über ein Raumfenster von ca. 20×20 km und ein Zeitfenster von ca. 30 Minuten. Zu beachten ist auch, dass die Korrektur nur innerhalb der Schweiz aktiv ist. Durch die Glättung kann die Anzeige knapp über die Landesgrenze in die benachbarten Regionen migrieren.

Die beiden Beispielbilder zeigen Nieselregen in der Ostschweiz am 6.10.2013, ca 11 Uhr. In der Stunde vor diesem Zeitpunkt wurden an zahlreichen Regenstationen in der Ostschweiz Regenmengen im Bereich von 0-1 mm registriert.

Die neue Korrektur hat sich selbstverständlich im Echtzeitbetrieb zu bewähren. Wir sind deshalb gespannt auf die ersten winterlichen Wetterlagen und freuen uns auf Kommentare.

Übersichtsbild Donnerradar/Winterradar mit Anzeige von Nieselregen in der Ostschweiz. Quelle: www.metradar.ch

Übersichtsbild Donnerradar/Winterradar mit Anzeige von Nieselregen in der Ostschweiz. Quelle: www.metradar.ch

Der Sturm in Biel – Teil 2: Interpretation des Radarbildes um 17:55 Uhr

Zoombild Donnerradar, Region Biel um 17:55 Uhr. Details siehe Text. Quelle: meteoradar

Zoombild Donnerradar, Region Biel um 17:55 Uhr. Details siehe Text. Quelle: meteoradar

Als Ergänzung des Blogs vom 21.6. soll aus aktuellem Anlass versucht werden, die kurzfristigen Wetterrisiken für die Region Biel aus den um 17:55 Uhr zur Verfügung stehenden Radarbild-Information abzuschätzen. Hierzu werden zwei Bildquellen verwendet:
a) das Schlussbild „Donnerradar 3D“ des Blogs vom 21.6.
b) das Zoombild „Donnerradar Zoom“ dieses Blogs.

Aus der Zugrichtung und der Geschwindigkeit des Systems kann der ungefähre Zeitpunkt abgeschätzt werden, wann das System den Standort Biel mutmasslich überqueren wird. Dies dürfte um etwa 18:25 Uhr der Fall sein (dicke rote Querlinie). Die Bewegung des Systems ist mit dicken roten Längslinien markiert. Die dünnen Längslinien zeigen die allfällige Abweichung des Systems nach links oder nach rechts, gegenüber der mutmasslichen Bewegungsrichtung. Gemäss dieser einfachen Extrapolation kann man folgern, dass das Sturmzentrum, die rot eingefärbte Region, knapp westlich an Biel vorbeiziehen dürfte. Die rechte Ecke kann – muss aber nicht – den Standort Biel treffen. Superzellen mit zyklonaler Aufwindrotation (um eine solche handelte es sich im vorliegenden Fall ohne Zweifel) generieren die stärksten Wetterrisiken normalerweise am rechten Rand der auf dem Radar erfassten Starkechozone. In unserem Fall kann genau diese Zone die Region Biel treffen oder kanz knapp westlich vorbeischrammen.

Im folgenden werden die Wetterrisiken kommentiert, welche im Gefolge einer Superzelle auftreten können.

Risiko Blitzschlag
Es dürfte unbestritten sein, dass mit Blitz und Donner gerechnet werden muss. Die kleinen rot/orange/gelben Quadrätchen zeigen die Blitzentladungen in einem Zeitfenster von 5 Minuten. Es ist aber unmöglich vorauszusehen, wo und wann der Blitz allenfalls einschlagen kann. Das Risiko für einen festen, eng begrenzen Standort dürfte sogar sehr klein sein – sonst würde es zu viel mehr Zwischenfällen durch Blitzschlag kommen. Trotzdem wäre es verfehlt, diesem Risiko keine Beachtung zu schenken. Tragische Beispiele aus der Vergangenheit gibt es mehr als genug.

Risiko Hagel
Dieses Risiko muss als erheblich eingeschätzt werden. Es ist auch grosser, schadensträchtiger Hagelschlag möglich, vor allem deshalb, weil die Hagelzone in der Gewitterwolke bis 12 km hochreicht (siehe vorangehender Blog). Die rote Farbe im Radarecho gibt gute Hinweise, wo Hagelschlag auftreten kann. Es ist aber zu bedenken, dass sich die Hagelgefahr in den 30 Minuten bis zum vermuteten Eintreffen des Gewitters noch ändern kann, z.B. durch Abschwächung oder auch durch nochmalige Verstärkung des Gewitters.

Risiko Starkregen
Eine Superzelle kann extrem viel Regenwasser generieren, welches in kürzester Zeit, zusammen mit schmelzendem Hagel, zu lokalen Überflutungen führen kann.

Risiko Sturmböen
Dies ist bestimmt das relevante Risiko, zugleich aber auch das am schwierigsten einschätzbare. Sturmböen können auf der ganzen Breite einer Gewitterfront daherkommen, ebenso häufig sind aber lokale Sturmzentren und Variationen der Sturmstärke auf kleinsten Räumen. Downbursts/Tornados sind mögliche Begleiter von Superzellen. Es gibt Superzellen, welche kaum Sturmböen produzieren. Dies dürfte öfters in der Anfangsphase der Lebensgeschichte einer Superzelle der Fall sein. Mit zunehmender Lebensdauer steigt das Risiko für Sturmböen an, da die Abwinde stärker werden. Diese können auch zunehmend dem Niederschlagszentrum vorauslaufen und so deutlich früher als der Niederschlag an einem festen Ort eintreffen.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Superzellen ein sehr hohes Risikopotenzial für Hagel, Starkregen, Sturmböen, Downbursts und Tornados in sich bergen. Der Wetterradar ist ein unverzichtbares Hilfsmittel geworden, um Superzellen rechzeitig zu erkennen, ihre mutmassliche Zugbahn abzuschätzen und so die möglichen Risiken räumlich und zeitlich einzugrenzen. Es versteht sich von selbst, dass ein hohes Fachwissen mit zuverlässigen und rasch verfügbaren Daten und Modellen in kürzester Zeit kombiniert werden muss, um dem Bedarf nach einer robusten Risikoabschätzung in Echtzeit gerecht zu werden. In diesem Artikel konnte nur ein Teil der Aspekte angesprochen werden, welche bei diesem Problemkomplex eine Rolle spielen. Im Zweifelsfall dürfte der folgende Grundsatz am ehesten dem Bedürftnis nach Sicherheit gerecht werden:

Besser 100mal zu früh als 1mal zu spät einen sicheren Ort aufsuchen.

Der Sturm in Biel, 20.6.2013 – eine Betrachtung aus Sicht des Wetterradars

Sequenz des Schweizer Radar-Komposits zwischen 20 und 20 Uhr am 20.6.2013. Quelle: meteoradar/Meteoschweiz

Sequenz des Schweizer Radar-Komposits zwischen 20 und 20 Uhr am 20.6.2013. Quelle: meteoradar/Meteoschweiz

Am 20.6., ca. 20 Minuten nach sechs wütete über dem Gelände des Eidg. Turnfestes ein Sturm, welcher Zelte aus der Verankerung riss und wie Papierschnipsel durch die flüchtenden Besucher jagte. Knapp 40 Verletze und hoher Sachschaden waren die Folge. Es war schon der zweite Sturm innert Wochenfrist. Wie kam es zu dem Sturm? War der Sturm überhaupt vorhersehbar? Wir meinen ja, anbei eine Betrachtung aus der Sicht des Wetterradars.

Die Wetterlage war eindeutig. Allenthalben wurden heftige Gewitter erwartet, die Wetterdienste überboten sich gegenseitig mit der Ausgabe von Gewitter-, Hagel- und Sturmwarnungen. Der Bieler Sturm wurde von einem lokalen Gewitter ausgelöst, welches im Jura aus SW ganz knapp am Neuenburger- und Bielersee vorbeischrammte. Dieses Gewitter begann seine Laufzeit weit südlich des Genfersees, um etwa 13:20 Uhr in der Nähe von Grenoble. Mit 60 km pro Stunde nahm das Gewitter seine Zubahn Richtung Norden, später Nordosten, in Angriff. Das westliche Genferseebecken wurde getroffen, und weiter ging die Reise durch den Jura bis in die Region von Basel, wo die Gewitterzelle um 20 Uhr ihre kompakte Eigenständigkeit verlor. Die Zugbahn des Gewitters ist im ersten Bild des angefügten Radarloops eingezeichnet. Nach 10 Sekunden startet der Bildloop, und man kann leicht erkennen, wie sich die Form und Stärke der Zelle auf ihrer Zugbahn laufend veränderte. Der Loop wird nur sichtbar nach Mausklick auf das kleinere Vorschaubild.

Die grösste Stärke erreichte die Zelle erst gegen Ende ihrer Lebensdauer. Kurz vor 18 Uhr befand sich der Mocken etwa auf der Höhe von Neuchàtel, siehe das Radarbild am Schluss dieses Artikels. Auf breiter Front – etwa 40 km – rauschte das Gewitter heran. Der Hagelkanal (rote Farbe) war zu diesem Zeitpunkt etwa 12 km hoch – in unseren Breiten eine selten erreichte Höhe. In der Folge schwächte sich das Gewitter leicht ab, auch die Höhe des Hagelkanals wurde geringer. Es ist anzunehmen, dass auch der Aufwind zu diesem Zeitpunkt schwächer wurde. Als Folge davon dürfte sich geballe Ladung von Wasser und Eis in der Wolke entleeren. Luft wird mitgerissen und am Boden umgelenkt. Sturmböen am Boden sind unvermeidbar. Wenn eine Gewitterfront auf einer Breite von 40 km daherkommt, dann dürften viele im Bereich dieser Front die gewaltigen Stumwinde zu spüren bekommen.

Deutlicher kann sich ein gefährliches Gewitter kaum ankündigen. Die Besucher der Veranstaltung wurden anscheinend von den Sturmböen völlig überrascht. 15 Minuten zuvor wäre eine rechtzeitige Evakuierung des Geländes möglich gewesen. Die Vorzeichen des Sturms waren überdeutlich, wenn nicht schreiend. Wir beschliessen diesen Blog mit der Wiedergabe unserer Warntexte, welche heute gegen Abend auf der Homepage www.meteoradar.ch erschienen sind.

– 16:03 Uhr: Aus Westen allmählich starke Gewitter, örtlich mit Hagel, Sturm und Sturzfluten.

– 17:18 Uhr: Zur Zeit sehr gefährlicher Gewittersturm im Jura, Höhe Neuenburgersee. Zugrichtung NE.

– 18:20 Uhr: Zur Zeit sehr gefährlicher Gewittersturm im Jura, Höhe Bielersee. Zugrichtung NE.

Radarbild kurz vor 18 Uhr. Quelle: meteoradar / MeteoSchweiz

Radarbild kurz vor 18 Uhr. Quelle: meteoradar / MeteoSchweiz

Niederschlag und Wetterradar

Wechselloop zwischen einem unorrigierten und korrigierten Radarbild. Details dazu siehe Text. Quelle: Donnerradar 3D Produkt von meteoradar

Wechselloop eines unkorrigierten und korrigierten Radarbildes. Auf das Vorschaubild klicken, um den Loop zu sehen. Details dazu siehe Text. Quelle: Produkt Donnerradar 3D von meteoradar

Die Niederschlagsmessung des Wetterradars ist ein Dauerthema. Die User von Wetterradar-Produkten erwarten eine absolute Präzision der Anzeige. Wehe, wenn es regnet oder schneit, und auf dem Radarbild ist nichts zu erkennen. Genauso schlimm ist auch der umgekehrte Fall: das Radarbild zeigt ein wunderschönes, hereinlaufendes und breites Niederschlagsband, aber die von etwas Wind verwehten Haare bleiben noch ein Stunde oder auch länger trocken. Woher kommen diese Diskrepanzen? Wir möchten die seit Jahrzehnten bekannten Ursachen nicht nochmals breitwalzen, der Text dazu würde bald einmal ein Buch füllen. Aber wir möchten in diesem Blog die wichtigsten Punkte kurz auflisten, und dann im zweiten Teil des Blogs ein neues Produkt vorstellen, welches das Erkennen der Unterschiede zwischen der Radaranzeige und dem „gefühlten“ Niederschlag erleichtern kann.

Dies sind die fundamentalen Eigenheiten der Radarmessung, welche die Präzision beeinträchtigen:
– Der Radar sieht den Niederschlag über unseren Köpfen, typischerweise 1-3 km über Boden, aber nicht am Boden selbst. Am Boden kann kein Wetterradar etwas brauchbares erkennen, das Signal der Bäume, Häuser, Hügel, und des Bodens selbst ist viel zu stark.
– Der Radar erkennt folgende Niederschlagstypen schlecht oder oft gar nicht: kleintropfiger Nieselregen und „trockene“ Schneeflocken bei Minustemperaturen.

Damit ist eigentlich schon alles gesagt. Man kann sich nun die Wetterlagen ausdenken, bei welchen der Radar besonders Mühe hat. Zum Beispiel:
– Der Niederschlag in der Höhe fällt in trockene Luft und verdunstet, bevor er den Boden erreicht.
– Der Niederschlag bildet sich knapp über Boden, z.B. durch orographische Hebung, und wird so vom Radar übersehen.

Beide Wettertypen waren in den vergangenen Monaten besonders häufig und führten immer wieder zu Diskrepanzen. Es ist eine Binsenwahrheit, dass der Wetterradar vor allem im Sommer seine Stärken hat: beim Auftreten von Starkniederschlag und Gewittern. Niederschläge im Sommer sind in der Regel hochreichend, in Gewittertürmen oft 10-15 km hoch, und werden so von den Wetterradars viel leichter erfasst als seichte Niederschlagswolken knapp über Boden. Aber auch im Sommer kann es orographisch getriggerten Niederschlag geben, welcher dann vom Radar zwar erkannt wird, aber in seiner Intensität unterschätzt wird.

Seit einigen Wochen steht den Abonnenten des Produktes Donnerradar 3D ein Express-Radarbild zur Verfügung, welches im Wechsel ein unkorrigiertes und ein korrigiertes Radarbild anzeigt, siehe das beigefügte Beispiel zu Beginn dieses Blogs. Das korrigierte Bild zeigt den effektiv am Boden gefühlten Niederschlag besser an als das unkorrigierte Bild. Im beigefügten Beispiel von heute morgen zeigt das korrigierte Bild über dem Schweizerischen Mittelland kleinere Radarechos als das unkorrigierte Bild. Daraus lässt sich schliessen, dass die schwachen Niederschläge zum Teil noch verdunsten, bevor sie den Boden erreichen. Das würde dann eben bedeuten, dass der Niederschlag am eigenen Standort später einsetzt als aufgrund des Radarbildes erwartet.

Das korrigierte Radarbild ist experimentell. Wir werden in den kommenden Wochen Erfahrung sammeln und dabei die Korrekturtechnik weiter verbessern. Wir erwarten, dass die beschriebene Korrektur vor allem bei schwachen Niederschlägen eine Verbesserung der Anzeige bewirken kann. Es geht also vor allem darum, zwischen trocken und nass zu unterscheiden, und weniger darum zu erkennen, ob es mässig regnet oder aus Giesskannen kübelt.

Wetterradar, Tröpfchengrösse und orographischer Niederschlag

Aufnahme von fallenden Regentropfen, mit eingeblendetem Massstab. Verschlusszeit: 1/200s. Foto: Willi Schmid

Die starken Niederschläge gestern und vorgestern haben vielerorts zu lokal begrenzten Überflutungen geführt. Bei Ereignissen dieser Art stellt sich immer wieder die Frage nach der Genauigkeit der Messungen des Wetterradars. Die Vergleiche der Radarmessungen mit den uns zur Verfügung stehenden Bodenstationen stehen noch aus. Interessant ist aber die Feststellung, dass der Regenmesser in Sellenbüren während der Dauer des Ereignisses (2 Tage) praktisch das Doppelte, zeitweise sogar das Dreifache der Regenmenge gemessen hat, welche der Radar Albis über dem gleichen Standort „gesehen“ hat.

Die beiden Grafiken am Schluss dieses Artikels zeigen klar den Unterschied von einem Faktor 2 am 9.10., und sogar von einem Faktor 2.5 am 10.10.2012. Die rote Kurve ist jeweils die Messung des Regenmessers, und die grüne Kurve diejenige des Radars. Die blaue Kurve entspricht der grünen Kurve, gestreckt um einen Faktor 2. Wir vermuten, dass am Standort des Regenmessers, am Fuss des Uetlibergs, eine starke orographische Komponente die Niederschlagsintensität vergrössert hat. Der Hügelzug der Albis-Kette hat die darüberfliessende Luftmasse zum Aufsteigen gezwungen. Dadurch bildete sich eine zähe dicke Nebelschicht, welche als Quelle für zusätzliches Regenwasser wirken konnte. Im Vordergrund steht dabei der Seeder-Feeder Effekt, welcher von Bergeron in den 60er Jahren erstmals beschrieben wurde.

Auch wenn orographiche Prozesse wirksam waren, erklärt dies die beobachtete Diskrepanz zwischen Regenmesser und Radar noch nicht. Wir kennen die genaue Ursache nicht, vermuten aber folgende mögliche Erklärungen:
– Die Verstärkung des Niederschlags in der tiefen Nebelschicht wird vom Radar nicht gesehen. In Bodennähe stören Bodensignale die Radarmessung zu stark und werden deshalb weggefiltert.
– Der Niederschlag ist besonders kleintropfig, da auch Koaleszenzprozesse wirksam sein könnten, durch welche kleine Regentröpfchen entstehen („Nieselregen“). Kleine Tröpfchen werden vom Radar schlecht gesehen, können aber substanziell zur gesamten Regenmenge beitragen.
– Die Korrekturalgorithmen der MeteoSchweiz sind nicht optimal auf diese Art von orographischen Niederschlägen eingestellt.

Um die zweite Erklärung (kleintropfiger Regen) zu erhärten oder auszuschliessen, wäre eine Angabe über die mittlere Tröpfchengrösse resp. die mittlere Fallgeschwindigkeit der Tröpfchen von Interesse. In ruhender Luft, z.B. knapp über Boden, ist die Relation zwischen Tropfengrösse und Fallgeschwindigkeit gut bekannt. Kleine Tröpfchen fallen langsamer als grosse. Es gibt zwar jede Menge von sog. „Distrometern“ (mechanische und optische Geräte), deren Zweck es ist, die Grösse von Regentröpfchen indirekt aus der Fallgeschwindigkeit zu messen. Solche Messungen werden meines Wissens bei Wetterdiensten kaum gemacht und sind Forschungsaktivitäten vorbehalten. Als „Notlösung“ haben wir festgestellt, dass jede bessere Kamera mit einem anständigen Zoomobjektiv in der Lage ist, fallende Regentröpfchen zu fotographieren und dabei die Fallgeschwindigkeit zu extrahieren. Wählt man eine grosse Zoomstufe und eine grosse Blende, erreicht man eine geringe Schärfentiefe und kann so die Distanz der scharf abgebildeten Tröpfchen zur Kamera +- konstant halten. Eine Aufnahme zu Beginn dieses Blogtextes zeigt fallende Tröpfchen bei einer Aufnahmezeit von 1/200 Sekunden, mit eingeblendetem Massstab. Die Umrechnung der Spurlänge in Fallgeschwindikeit ist eine einfache Sache, setzt aber voraus, dass die Verschlusszeit der Kamera exakt ist.

Wir haben so, bei einer Regenrate von ca. 3.6 mm/h, die Spurlängen von 80 Tröpfchen ausgewertet und dabei eine mittlere Fallgeschwindigkeit von 3.6 m/s festgestellt. Die Schwankungsbreite ist gross und variiert zwischen 0.6 und 7.4 m/s. Was diese Werte bedeuten, ist eine offene Frage, darauf soll in einem späteren Beitrag eingegangen werden. Wir werden das Experiment auf jeden Fall wiederholen, und so mit der Zeit statistisch fundierte Erkenntnisse gewinnen können. Sollte sich ein Leser angesprochen fühlen, das Experiment zu versuchen, nur zu. Aufgrund unserer ersten Erfahrung ist dies nicht allzu schwierig.

Regenakkumulation am 9.10.2012, Details siehe Text. Quelle: meteoradar

Regenakkumulation am 10.10.2012. Details siehe Text. Quelle: meteoradar

Verbesserte Messqualität des Albis-Radars

Die über 8 Bodenstationen gemittelten Tagessummen des Niederschlages, im Vergleich mit dem Albis Radar.

Nach dem Freischalten des neuen Albis-Radars ca. Mitte Juni 2012 wurde rasch klar, dass die vom neuen Radar angezeigte Regenintensität die effektiv am Boden registrierte Regenintensität markant unterschätzte. Dies wurde von diversen Anwendern bemängelt, unter anderem gab der Fehler Anlass zu einem kritischen Eintrag in diesem Wetterblog:
http://www.meteoradar.ch/wetterblog/2012/07/04/zeigt-der-neue-albis-radar-zu-wenig-niederschlag-an“
Die MeteoSchweiz reagierte am 18. Juli mit einer kurzen Mitteilung, in welcher über ein erstes „Tuning“ am Radar informiert wurde. Es wurde bei den nachfolgenden Niederschlägen rasch klar, dass der Fehler in der Tat auf ein unauffälliges Mass reduziert worden ist. Das Ende des meteorologischen Sommers 2012 (dieser dauert definitionsgemäss bis Ende August) nehmen wir zum Anlass für einen weiteren statistisch robusten Vergleich der Radarmessdaten mit den Daten von 8 Bodenstationen in der Umgebung des Albis-Radars. Die Auswertung belegt nun eine sehr gute Messqualität, was die Erfassung der Regenintensität durch den Albis-Radar angeht.

Die neue Auswertung folgt dem gleichen Schema, welches im oben zitierten Blog beschrieben wurde. Wir beschränken uns auf eine Auswhl von 10 Tagen (in der Periode 18.7. – 1.9.2012), an welchen flächige Niederschläge gegenüber lokal begrenzten Gewitterzellen dominieren. So können wir grobe Fehler bei der Zuordnung der Radarmessdaten zu den Werten der Bodenstationen vermeiden. Diese Fehler entstehen z.B. durch Windtransporte des Niederschlages, welche sich bei grossen kleinräumigen Variationen der Niederschlagsstärke besonders bemerkbar machen.

Die beigefügte Grafik zeigt die Resultate der Auswertung. Einige Auswertedaten sind in die Grafik eingefügt. Der Albis-Radar unterschätzt nun den effektiv gefallenen Niederschlag noch um etwa 15 Prozent. Die Verbesserung gegenüber der ursprünglichen Abweichung von mehr als 50 Prozent ist augenfällig. Der verbleibende Fehler ist im Rahmen des bei den anderen Radars festgestellten Fehlers (siehe den zitierten Blogeintrag). Es wäre vermessern, eine noch höhere Präzision zu fordern. Wir sind gespannt, wie stabil dieses Resultat in der Zukunft bleibt.

Die berechnete Korrelation zwischen den Radar- und Bodenwerten von 0.98 kann als geradezu hervorragend bezeichnet werden (der Idealwert wäre 1.0). Es ist anzumerken, dass die Korrelation auf einen Mittelwert der 8 Bodenstationen Bezug nimmt. Ein Blick auf die Daten der einzelnen Stationen zeigt naturgemäss grössere Schwankungen. Wir werden auf diese Schwankungen in einem weiteren Blog eingehen.

Wir sind sehr froh, dass die MeteoSchweiz den offensichtlichen Fehler des Albis-Radars rasch korrigiert hat. Nach wie vor unbefriedigend ist aus unserer Sicht die Radaranzeige im Bereich der Hagelstärke. Wir sind aber zuversichtlich, dass im Hinblick auf die nächste Sommersaison auch in diesem Bereich eine Verbesserung erzielt werden kann.

Zeigt der neue Albis-Radar zu wenig Niederschlag an?

Tagessummenwerte Niederschlag für 8 Stationen im Bereich des Albis-Radars und die Periode 20.6.-3.7.2012

Seit der Aufschaltung des neuen Albis-Radars am 19.6.2012 durch die MeteoSchweiz wurde mehrfach gerügt, dass die Radaranzeige den gefallenen Niederschlag unterschätzt. Nach zwei Wochen Radarbetrieb bei häufigen, zum Teil auch gewittrigen Niederschlägen mit Hagel sind wir in der Lage, eine erste Bilanz zu ziehen. Wir haben hierzu einen Vergleich der Radarwerte mit den Werten an Bodenstationen der MeteoSchweiz durchgeführt. Die Resultate bestätigen den Trend zur Unterschätzung des Niederschlages durch die Anzeige des Albis-Radars, und zwar im Mittel um etwa 50 Prozent. Um diese Aussage zu untermauern, fällt dieser Blogartikel etwas länger aus als sonst üblich. Wir möchten zusätzlich zu den Resultaten unserer Analyse auch einige Probleme aufzeigen, mit welchen wir uns als Kunde eines Monopol-Anbieters von Radarprodukten herumschlagen müssen.

Die MeteoSchweiz liefert uns Radarbilder im sog. gif-Format. Das heisst, dass die Radar-Intensitäten als Binärwerte auf einer Skala von 0-255 verfügbar sind, dies mit einer Pixelauflösung 1×1 km. Zusätzlich hat uns die MeteoSchweiz eine Tabelle geliefert, mit welcher jeder Binärwert in einen Wert der Niederschlagsintensität (mm/Stunde) konvertiert werden kann.

Bei der Auswahl der Bodenstationen für unsere Vergleiche haben wir uns mit Absicht eingeschränkt. Wir haben nur Bodenstationen in der Nähe eines Radarstandortes ausgewählt, welche vom Radar gut sichtbar sind (ohne Berge dazwischen), und welche in grosser Distanz zu den anderen beiden Radars liegen. So können wir sicher sein, dass jeweils nur ein Radar den Niederschlag über einer Bodenstation erfasst. Auf diese Weise können wir auch für jede der drei Radarstationen (Albis, La Dôle und Monte Lema) eine getrennte Analyse durchführen. Dadurch fallen alle Stationen im Bereich um Bern (Mitte zwischen Albis und La Dôle) und im Hochgebirge weg. Für den Radar Albis bleiben 8 Regenstationen übrig, bei La Dole sind es 5 und beim Monte Lema 4 Bodenstationen.

Wir haben für die Periode 20.6. – 3.7.2012 die Tagessummen des Niederschlages (Boden und Radar) berechnet, für alle Tage zusammengezählt und am Schluss durch einfache Division berechnet, wieviel Prozent des Bodenniederschlages durch die 3 Radars angezeigt wurde. Genau ein extremer Tagessummenwert einer Station wurde eliminiert, da der Wert durch Hagel massiv verfälscht wurde. Anbei die Resultate:

– Der Albis-Radar sieht 51% des Bodenniederschlages
– Der Radar La Dôle sieht 85% des Bodenniederschlages
– Der Radar Monte Lema sieht 134% des Bodenniederschlages

Zusätzlich haben wir die Korrelationen der Tagessummenwerte zwischen Boden und Radar für die drei Radarstationen getrennt berechnet. Diese liegen zwischen 0.8 und 0.94. Das sind für Radar-Boden Vergleiche des Niederschlages sehr gute Werte. Die hohen Korrelationen weisen darauf hin, dass die Faktor-Unterschiede zwischen den 3 Radars systematisch sind und nicht mehr nur durch Zufallseffekte erklärt werden können. Zur wissenschaftlich korrekten Untermauerung dieser Aussage wäre allerdings ein „harter“ statistischer Test nötig.

Die beigefügte Grafik zeigt die Tagessummenwerte des Niederschlages im Bereich des Albis-Radars. Perfekte Vergleichswerte wären im Bereich der roten 1:1 Linie zu erwarten. Die meisten Messpunkte liegen unterhalb der roten Linie. Das belegt zusätzlich, dass die gefundene Unterschätzung des Niederschlages durch den Albis-Radar nicht einfach durch 1 oder 2 Ausreisserwerte erklärt werden kann.

Zum Schluss ein Kommentar zu den von der der MeteoSchweiz gelieferten Radarbildern. Diese Bilder sind das Resultat einer hochkomplexen Verarbeitung der Radarmessdaten, welche für den Anwender als riesengrosse „Black Box“ daherkommt. Die MeteoSchweiz hütet diese Black Box wie einen Goldschatz. Kein Mensch ausser den Spezialisten der MeteoSchweiz hat eine Chance, die vielen Schrauben nachzudrehen, die an der Herstellung des Produktes beteiligt sind. Der Kunde ist dem Anspruch der MeteoSchweiz ausgeliefert, den Niederschlag in der Schweiz mit Radar bestmöglich zu erfassen, Sommer und Winter, im Flachland und im Gebirge, bei Regen, Schneefall und Hagel. Dieser Anspruch in Ehren, aber was macht der Kunde, wenn er einen Faktorfehler von 100% feststellt, oder wenn die Hagelschläge vom 1. Juli frühmorgens einfach nicht zur mickrigen Radarfarbe passen, die ein mässig bis starkes Gewitterregeli vorgauckelt?

Als Kunde hätte ich einen kitzekleinen Wunsch, wenn (vielleicht) in 1-2 Jahren die MeteoSchweiz-Daten gratis bezogen werden können: die Rohdaten der Radarreflektivität, Dopplergeschwindigkeit und Polarisation (nicht die modifizierte Regenintensität), Volumendaten, 1 km Auflösung gratis zu beziehen. Dann kann ich nämlich die Korrekturen selbst machen und zwar so, dass sie für meine Kunden passen. Jetzt sind die Rohaten für Privatkunden unbezahlbar. Wieweit sind eigentlich Schweizer Universitäten an der Radarforschung beteiligt? Im Ernst: mehr Offenheit und Konkurrenz im Bereich der Radarforschung und der „Black Box“ würde auch der MeteoSchweiz guttun.

Es schneit, aber das Radarbild ist leer. Warum?

Aktuelles Radar-Zoombild mit lokalen Schneefall-Echos. Quelle: meteoradar/MeteoSchweiz

Bei tiefen Temperaturen zeigt das Wetterradarbild bei Schneefall oft zu wenig oder gar nichts an. Dies hat verschiedene Gründe. Ich möchte in diesem Blog die möglichen Gründe zusammenfassen. Im Einzelfall dürfte es schwierig sein, herauszufinden, welcher Grund oder welche Gründe nun genau zutreffen.

1. Aus physikalischen Gründen erkennt der Radar „nasse“ Partikel (Regentropfen, angefeuchtete Schneeflocken oder Graupel) besser als „trockene“ Partikel (z.B. Schneeflocken bei Minustemperaturen.

2. Schneeflocken bei mehreren Minusgraden sind klein und werden aus diesem Grund ebenfalls schlecht erfasst. Erst nahe Null Grad oder knapp darüber werden die Schneeflocken in der Regel grösser (durch Kollision und Zusammenhaften von mehreren kleinen Schneeflocken) und geben dann ein stärkeres Radarsignal.

3. Schneewolken bei tiefen Temperaturen sind oft sehr niedrig über dem Boden (Hochnebel). Der Radar kann in der Regel erst einige 100 m über Boden oder auch erst 1-2 km über Boden den Niederschlag von den Bodenechos trennen.

4. Der Albis-Radar ist ein altes Gerät und wird erst im Frühjahr erneuert. Es wird sich weisen, ob das neue Gerät dann im nächsten Winter den Schneefall bei tiefen Temperaturen besser erfassen kann.